關(guān)于電力電子變壓器在電網(wǎng)故障中的控制策略分析

張曉紅,何 俊,李美林

（1.山西大學(xué)，山西太原，030013；2.國(guó)網(wǎng)日照供電公司，山東日照，276800；3.大連交通大學(xué)，遼寧大連，116028）

關(guān)于電力電子變壓器在電網(wǎng)故障中的控制策略分析

張曉紅1,何 俊2,李美林3

（1.山西大學(xué)，山西太原，030013；2.國(guó)網(wǎng)日照供電公司，山東日照，276800；3.大連交通大學(xué)，遼寧大連，116028）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的迅速增長(zhǎng)和工業(yè)建設(shè)快速發(fā)展，我國(guó)的國(guó)民用電需求量呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng)。面臨著日益嚴(yán)峻的供電環(huán)境，對(duì)我國(guó)電網(wǎng)提出的供電要求也是非常嚴(yán)苛。由于目前我們國(guó)家傳統(tǒng)的配網(wǎng)電力變壓器的缺點(diǎn)日益突出，導(dǎo)致變電站的建設(shè)水平一直處于較低的水平線上，電網(wǎng)故障排除不夠及時(shí)，供電領(lǐng)域的建設(shè)與配套經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呈現(xiàn)出嚴(yán)重不協(xié)調(diào)的特點(diǎn)。滯后的城市電網(wǎng)建設(shè)會(huì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和能源結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)水平的創(chuàng)新帶來(lái)較大的阻力。

電力電子；變壓器；故障分析；系統(tǒng)優(yōu)化；具體運(yùn)用

1 推廣電力電子變壓器在電網(wǎng)故障技術(shù)改革中的意義

城市電網(wǎng)中配網(wǎng)自動(dòng)化，主要是指通過(guò)高智能化和高自動(dòng)化的管網(wǎng)鋪設(shè)工作滿足人們?cè)谂潆姽芾硐到y(tǒng)化中的各種需求。由于我國(guó)國(guó)內(nèi)的變壓器電網(wǎng)故障排除的效率比較低，變壓器技術(shù)比較落后，未能夠?qū)崿F(xiàn)供電與配電的長(zhǎng)期穩(wěn)定。使用高智能化的電力電子敏感變壓器，可以顯著提高電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展和進(jìn)步有著巨大的推動(dòng)作用。在我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)領(lǐng)域，推行電力電子變壓器的安裝和檢修活動(dòng)，可以很好的解決發(fā)電的問(wèn)題。通過(guò)科學(xué)合理的管網(wǎng)鋪設(shè)解決運(yùn)輸電的過(guò)程中損耗的問(wèn)題，通過(guò)變電站建設(shè)和電線桿中繼站科學(xué)設(shè)置措施解決了電力節(jié)能的問(wèn)題。在經(jīng)濟(jì)性方面，發(fā)展中國(guó)式智能電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)可以切實(shí)提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和業(yè)務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)降低供電公司的成本[1-3]。

2 推廣電力電子變壓器電網(wǎng)故障控制的措施

2.1 輸入整流側(cè)控制策略

現(xiàn)代化的電力電子變壓器的運(yùn)行PRT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為三相交流電源支持下的運(yùn)行系統(tǒng)，我們以電力變壓器的運(yùn)行公式為例子，I=2/3×100×UN/Umax+1/3×100 （Amax-A） /Amax。電力電子的變壓控制器使用自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)展用電管網(wǎng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與建設(shè)，可以大幅度地提升我國(guó)城市電網(wǎng)建設(shè)的效率，通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)有效提高城市電網(wǎng)中配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)科學(xué)性，對(duì)于用電數(shù)據(jù)的使用情況等，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

設(shè)定Umax為最高額定電壓，而Amax為一組電力變壓器的最大老化程度。那么，UN/Umax和（Amax-A） /Amax是指一組電力變壓器的最大老化程度與額定電壓之間的比值[2]。因此，在標(biāo)準(zhǔn)化變量的情況下，它的取值范圍為大于等于0，小于1。當(dāng)額定電壓的變化值范圍越高時(shí)，UN/Umax的變化值域的范圍也就越大。如果額定電壓的數(shù)額越小，那么UN/Umax的變化呈現(xiàn)出比值也越小的狀態(tài)。相比之下，額定電壓下的比值越大，變壓器的老化程度越高，額定電壓下的數(shù)額越小，那么變壓器的老化程度越低。在檢修活動(dòng)中，只要測(cè)算出UN/Umax的比值，就能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中的故障進(jìn)行大致分析。

2.2 輸出逆變側(cè)控制策略

新式電力電子變壓器的運(yùn)用過(guò)程中，對(duì)于電網(wǎng)故障中所采用的判定方法比較科學(xué)，電網(wǎng)斷開(kāi)連接需要采取一些必要的管網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)措施。智能化管網(wǎng)操作系統(tǒng)在檢測(cè)到故障發(fā)生時(shí)，可以及時(shí)地向工作人員報(bào)告供電情況和用電分配的狀況，在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)故障的排除和責(zé)任人的認(rèn)定工作，防止供電系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)，很容易實(shí)現(xiàn)各種類型復(fù)雜圖紙的資源共享。電力工程師們只需要通過(guò)在線信息交流，就可以實(shí)現(xiàn)電力電子變壓器在電網(wǎng)故障中的準(zhǔn)確判定。

在排除電力系統(tǒng)故障的過(guò)程中，使用計(jì)算機(jī)CAD分析，可以快速完成電力系統(tǒng)檢修領(lǐng)域的自動(dòng)化計(jì)算和分析工作。在初始化階段，電力公司的技術(shù)人員首先要對(duì)電網(wǎng)中開(kāi)關(guān)的中斷狀態(tài)進(jìn)行判定，然后對(duì)弱信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中的通信輸出模式進(jìn)行檢測(cè)。在電子顯示屏中，應(yīng)該對(duì)電網(wǎng)故障中顯示子程序和鍵盤中斷子程序的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，將穿行通訊中斷子程序的流程現(xiàn)象進(jìn)行記錄。在弱信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于CS5460A的操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化，同時(shí)，將變壓器的狀態(tài)切換到量程“1”的標(biāo)稱狀態(tài)，并且，啟動(dòng)CS546A。在CS5460A單次轉(zhuǎn)換中，確認(rèn)變壓器的單程檢測(cè)是否完成，同時(shí)，判定測(cè)量值是否低于100A。當(dāng)我們切換到量程2，并且啟動(dòng)CS546A時(shí)，檢查電力電子變壓器中的CS5460A單次轉(zhuǎn)換是否完成。最后，為了保證電站工作人員對(duì)于電網(wǎng)故障的控制達(dá)到最佳的精準(zhǔn)狀態(tài)，應(yīng)該將其檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)刷新，從而得出刷新?tīng)顟B(tài)下的數(shù)據(jù)顯示[3-4]。

2.3 電力電子變壓器的基本結(jié)構(gòu)

推行電力電子變壓器技術(shù)的運(yùn)用，可以很好的解決電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)護(hù)成本高昂的難題，在上個(gè)世紀(jì)八九十年代，我國(guó)的供電管網(wǎng)主要是采用人工巡視的方式進(jìn)行電路系統(tǒng)的檢查和維修，由于電路的總長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，而且，由于我國(guó)的用電環(huán)境比較復(fù)雜，往往涉及到穿越大江大河的工程性建設(shè)活動(dòng)，在線路的養(yǎng)護(hù)方面，確實(shí)存在著一些具體的問(wèn)題，在傳統(tǒng)的檢修方式中，電力公司的工作人員往往需要翻山越嶺，傳統(tǒng)的檢修方式不僅耗費(fèi)大量的統(tǒng)計(jì)時(shí)間，而且工作人員還具有一定的危險(xiǎn)性。相比之下，使用電力電子變壓器故障控制技術(shù)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在電力電壓變壓器故障判定的過(guò)程中，我們可以先將變電站的起步電壓控制在U50%的狀態(tài)下，在50%電壓的用電線路的沖擊電壓中，實(shí)行額定電流下變壓器的故障控制分析。

在50%供電電壓的供電電路中，基準(zhǔn)示傷電流Is中的傳遞函數(shù)為H50%，功率P=100%U×50%I，使用傳遞函數(shù)法進(jìn)行比較，測(cè)定兩種不同狀態(tài)下的電流探傷狀況。在聯(lián)合時(shí)頻分析法中，使用基準(zhǔn)示傷電流的比較方法，可以有效的實(shí)現(xiàn)提高故障診斷性。當(dāng)電路中的額定電壓為U100%時(shí)，我們可以測(cè)算出在100%電壓供電狀態(tài)下的變壓器傳遞函數(shù)為H100%。其中，電流的支撐為I:100%，而示傷電流的I:100%，此時(shí)的功率為P=100%U×100%I，在直流狀態(tài)下的電力電子變壓器的RPT線路圖中，交流電的輸入方式為高頻方波，它們可以通過(guò)調(diào)制和解調(diào)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)于EPT電流控制系統(tǒng)的分流[5-8]。在高頻變壓器狀態(tài)下，電力電子變壓器電網(wǎng)技術(shù)控制人員需要對(duì)電壓源變換器的參數(shù)進(jìn)行分析，從而綜合得出此類的控制策略。

3 結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)的檢修過(guò)程中，電力電子變壓器測(cè)定技術(shù)不僅發(fā)揮著重要的支撐作用，還能夠?qū)⒆詣?dòng)化技術(shù)與故障控制進(jìn)行有效的結(jié)合使用，通過(guò)數(shù)字電路和模塊化軟件設(shè)計(jì)技術(shù)在電力系統(tǒng)終端運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)功能。電力電子變壓器除了具有傳統(tǒng)電力變壓器的基本性能之外，還能擁有較之傳統(tǒng)控制系統(tǒng)更為精準(zhǔn)的控制功能。

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Analysis on control strategy of power electronic transformer in power network fault

Zhang Xiaohong1,He Jun2,Li Meilin3
（1.Shanxi University,Shanxi Taiyuan,030013;2.State Grid Rizhao Power Supply Company,Shandong Rizhao,276800;3.Dalian Jiaotong University,Liaoning Dalian,116028）

With the rapid development of our country's economic level and rapid development of industrial construction, China's national electricity demand is showing explosive growth. Faced with the increasingly severe power supply environment,the power supply requirements of China's power grid is also very stringent. Because of the shortcomings of the traditional distribution network power transformer in our country.

power electronics; transformer; fault analysis; system optimization; specific application